(57)【要約】【課題】  鉱物（２６０）を掘削するための研削装置（１４）が開示されている。【解決手段】  研削装置（１４）は、ドラム軸（２００）を中心に回転可能な研削ドラム（１５）と；研削ドラム（１５）の周囲に配置され、ドラム軸（２００）に対して略半径方向に延びる第１の回転軸（２１０）を中心に回転するように駆動される第１の群の掘削ヘッド（１８、１８’、１８’’）と；研削ドラム（１５）の周囲に配置され、ドラム軸（２００）に対して略半径方向に延びる第２の回転軸（２１２）を中心に回転可能な第２の群の掘削ヘッド（２０、２０’、２０’’、２０’’’）と；を備える。第１の群の掘削ヘッド（１８、１８’、１８’’）は、第１の切削動作を行うように構成された複数の第１の掘削ツール（６０、６０’）を含み、第２の群の掘削ヘッド（２０、２０’、２０’’、２０’’’）は、第１の掘削動作とは異なる第２の掘削動作を行うように構成された複数の第２の掘削ツール（２６７）を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱物（２６０）を掘削するための研削装置（１４）であって：
ドラム軸（２００）を中心に回転可能な研削ドラム（１５）と；
前記研削ドラム（１５）の周囲に配置され、前記ドラム軸（２００）に対して略半径方向に延びる第１の回転軸（２１０）を中心に回転するように駆動される第１の群の掘削ヘッド（１８、１８’、１８’’）と；
前記研削ドラム（１５）の前記周囲に配置され、前記ドラム軸（２００）に対して略半径方向に延びる第２の回転軸（２１２）を中心に回転可能である第２の群の掘削ヘッド（２０、２０’、２０’’、２０’’’）と；
を備え、
前記第１の群の掘削ヘッド（１８、１８’、１８’’）が、第１の切削動作を行うように構成された複数の第１の掘削ツール（６０、６０’）を含み、
前記第２の群の掘削ヘッド（２０、２０’、２０’’、２０’’’）が、前記第１の切削動作とは異なる第２の掘削動作を行うように構成された複数の掘削ツール（２６７）を含む、
研削装置（１４）。
【請求項２】
前記第２の掘削動作が、前記鉱物（２６０）の引張強度に反作用する鈍圧動作である、請求項１に記載の研削装置（１４）。
【請求項３】
前記第２の掘削ツール（２６７）が、前記第２の掘削動作を行うように構成された平滑接触領域（２６８）を有する円盤形状を含む、請求項１または２に記載の研削装置（１４）。
【請求項４】
前記平滑接触領域（２６８）が、前記第２の回転軸（２１２）を含む平面内に円錐断面形状を含み、前記円錐断面形状が、
前記ドラム軸（２００）に対する半径方向外側面（２７０）と、
前記ドラム軸（２００）に対して半径外側方向に増大する直径を有する側面（２７２）と、
前記側面（２７２）と前記半径方向外側面（２７０）とを接続する鈍縁部（２７４）と、
を更に含む、請求項１に記載の研削装置（１４）。
【請求項５】
前記半径方向外側面（２７０）が、前記第２の回転軸（２１２）に対して半径方向内側に平面部（２７６）を含み、前記第２の回転軸（２１２）に対して半径方向外側にベベル部（２７８）を含む、請求項４に記載の研削装置（１４）。
【請求項６】
前記第２の回転軸（２１２）および前記ドラム軸（２００）の半径方向（２２０）が第１の角度（α）を限定し、
前記ベベル部（２７８）と前記平面部（２７６）が第２の角度（α）を限定し、
前記第２の角度（β）が、前記第１の角度（α）に略等しい、
請求項５に記載の研削装置（１４）。
【請求項７】
前記第１の群の掘削ヘッド（１８、１８’、１８’’）および前記第２の群の掘削ヘッド（２０、２０’、２０’’’）が前記研削ドラム（１５）の前記周囲に交互に配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の研削装置（１４）。
【請求項８】
前記第１の掘削ツール（６０、６０’）が前記第１の回転軸（２１０）からの第１の最大半径距離（２８６）を含み、
前記第２の掘削ツール（２６７）が前記第２の回転軸（２１２）からの第２の最大半径距離（２８４）を含み、
前記第２の最大半径距離（２８４）が前記第１の最大半径距離（２８６）に略等しい、
請求項１から７のいずれか一項に記載の研削装置（１４）。
【請求項９】
前記第１の掘削ツール（６０、６０’）が前記ドラム軸（２００）からの第１の最大半径距離（２８２）を含み、
前記第２の掘削ツール（２６７）が前記ドラム軸（２００）からの第２の最大半径距離（２８０）を含み、
前記第２の最大半径距離（２８０）が前記第１の最大半径距離（２８２）に略等しい、
請求項１から８のいずれか一項に記載の研削装置（１４）。
【請求項１０】
前記第２の群の掘削ヘッド（２０’）が、前記ドラム軸（２００）に対して半径方向内側に配設されたシャフトキャリア部（２６５）と、前記ドラム軸（２００）に対して半径方向外側に配設されたツールキャリア部（２６６）と、を含み、前記シャフトキャリア部（２６５）が、前記第２の回転軸（２１２）を中心に回転するように駆動され、前記ツールキャリア部（２６６）が、前記第２の掘削ツールを収容するように構成されており、前記ツールキャリア部（２６６）が更に、前記シャフトキャリア部（２６５）に回転可能に搭載され、第３の回転軸（４０４）を中心に回転可能であり、前記第３の回転軸（４０４）が、前記第２の回転軸（２１２）から所定値（４０６）分ずれている、請求項１から９のいずれか一項に記載の研削装置（１４）。
【請求項１１】
前記第１の群の掘削ヘッド（１８’’）が、前記第１の回転軸（２１０）の軸方向に配置された複数の切込み切削リング（６００、６０２、６０４）であって、前記複数の第１の掘削ツール（６０、６０’）を各々収容する複数の切込み切削リング（６００、６０２、６０４）を含み、
前記第２の群の掘削ヘッド（２０’’’）が、前記第２の回転軸（２１２）の軸方向に配置された複数の円盤状リング（６０６、６０８、６１０）であって、前記複数の第２の掘削ツール（２６７）を各々収容し、前記それぞれの溝切り型リング（６００、６０２、６０４）によって作成された切込み（６１２、６１４、６１６）と嵌合するように構成されている複数の円盤状リング（６０６、６０８、６１０）を含む、
請求項１から９のいずれか一項に記載の研削装置（１４）。
【請求項１２】
前記第１の回転軸（２１０）が前記第２の回転軸（２１２）と同一であり、前記第１の掘削ツール（６０、６０’）が、前記ドラム軸（２００）に対して半径方向外側に配置されており、前記第２の掘削ツール（２６７）が、前記ドラム軸（２００）に対して半径方向内側に配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の研削装置（１４）。
【請求項１３】
ドラム軸（２００）を中心に回転可能な研削ドラム（１５）と、第１の回転軸（２１０）を中心に回転するように駆動され、複数の第１の掘削ツール（６０、６０’）を収容する第１の群の掘削ヘッド（１８、１８’、１８’’）と、第２の回転軸（２１２）を中心に回転可能であり、前記第１の掘削ツール（６０、６０’）とは異なる複数の第２の掘削ツール（２６７）を収容する第２の群の掘削ヘッド（２０、２０’、２０’’、２０’’’）と、を含む研削装置（１４）であって、前記第１の群の掘削ヘッド（１８、１８’、１８’’）および前記第２の群の掘削ヘッド（２０、２０’、２０’’、２０’’’）が前記研削ドラム（１５）の周囲に交互に配置されている研削装置（１４）を用いて鉱物（２６０）を掘削するための方法であって：
前記研削ドラム（１５）を、前記ドラム軸（２００）を中心に鉱物（２６０）に向かう方向に回転させることにより、前記第１の掘削ツール（６０、６０’）を前記鉱物（２６０）と嵌合させることと；
前記第１の回転軸（２１０）を中心に前記第１の群の掘削ヘッド（１８、１８’、１８’’）を随伴的に回転させることにより、前記第１の掘削ツール（６０、６０’）を用いて第１の切削動作を行うことと；
前記研削ドラム（１５）を、前記鉱物（２６０）に向かう前記方向に更に回転させることにより、前記第２の掘削ツール（２６７）を鉱物（２６０）と嵌合させることと；
前記第２の掘削ツール（２６７）を用いて、前記第１の切削動作とは異なる第２の掘削動作を行うことと；
を含む方法。
【請求項１４】
前記第１の切削動作および前記第２の掘削動作が、同じ面積の前記鉱物（２６０）で行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の掘削動作が、
前記鉱物（２６０）の引張強度に反作用する前記鈍圧動作を前記（２６０）鉱物（２６０）に対して行うことと；
前記第１の切削作業中に、前記第１の掘削ツール（２６７）を、前記第２の掘削ツール（２６０）に生成された切込み（３０２）と嵌合させることと；
前記研削ドラム（１５）を、前記鉱物（２６０）に向かう前記方向に更に回転させることによって残存鉱物（３１０）を掻き出すことと；
を更に含む、請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、採掘用途の研削装置、特に硬岩採掘用途の研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱物の掘削、特に硬岩鉱物の掘削には、鉱物が破砕して掘削可能となるように十分な衝撃を鉱物に付与できる研削装置が必要である。そのため、研削装置は通常、研削ドラムの周囲に配置された複数の掘削ヘッドを備える。これら複数の掘削ヘッドには、鉱物に対する掘削動作を行う複数の掘削ツールが備わっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本開示は、先行研削装置の１つ以上の面を改良または克服することを少なくとも部分的に目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様によれば、鉱物を掘削するための研削装置が開示される。この研削装置は、ドラム軸を中心に回転可能な研削ドラムと、研削ドラムの周囲に配置され、ドラム軸に対して略半径方向に延びる第１の回転軸を中心に回転するように駆動される第１の群の掘削ヘッドと、研削ドラムの周囲に配置され、ドラム軸に対して略半径方向に延びる第２の回転軸を中心に回転するように駆動される第２の群の掘削ヘッドと、を備える。第１の群の掘削ヘッドは、第１の切削動作を行うように構成された複数の第１の掘削ツールを含み、第２の群の掘削ヘッドは、第１の掘削動作とは異なる第２の掘削動作を行うように構成された複数の第２の掘削ツールを含む。
【０００５】
本開示の第２の態様によれば、研削装置を用いて鉱物を掘削する方法が開示される。研削装置は、ドラム軸を中心に回転可能な研削ドラムと、第１の回転軸を中心に回転するように駆動され、複数の第１の掘削ツールを収容する第１の群の掘削ヘッドと、第２の回転軸を中心に回転するように駆動され、第１の掘削ツールとは異なる複数の第２の掘削ツールを収容する第２の群の掘削ヘッドと、を備える。第１の群の掘削ヘッドおよび第２の群の掘削ヘッドは、研削ドラムの周囲に交互に配置されている。この方法は、ドラム軸を中心に、鉱物に向かう方向に研削ドラムを回転させ、それによって第１の掘削ツールを鉱物と噛み合わせることと、第１の群の掘削ヘッドを、第１の回転軸を中心に随伴的に回転させ、それにより、第１の掘削ツールを用いて第１の切削動作を行うことと、鉱物に向かう方向に研削ドラムを更に回転させ、それによって第２の掘削ツールを鉱物と噛み合わせることと、第２の掘削ツールを使用して、第１の切削動作とは異なる第２の掘削動作を行うことと、を含む。
【０００６】
本開示の他の特徴および態様は、以下の説明および添付の図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】研削装置を備えた例示的な採掘機を示す。
【図２】例示的な第１の群の掘削ヘッドと例示的な第２の群の掘削ヘッドとを有する例示的な研削装置の断面部分図を示す。
【図３】別の例示的な第１の群の掘削ヘッドと、図２に示すものと同じ例示的な第２の群の掘削ヘッドと、を有する例示的な研削装置の断面部分図を示す。
【図４】図３に示すものと同じ例示的な第１の群の掘削ヘッドと、別の例示的な第２の群の掘削ヘッドと、を有する例示的な研削装置の断面部分図を示す。
【図５】第１の群の掘削ヘッドと第２の群の掘削ヘッドとが同一軸上に配置されている例示的な研削装置の断面部分図を示す。
【図６】更に別の例示的な第１の群の掘削ヘッドと更に別の例示的な第２の群の掘削ヘッドとを有する例示的な研削装置の断面部分図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下は、本開示の例示的な実施形態の詳細な説明である。本明細書に記載されている例示的な実施形態は、本開示の原理を教示することを意図しており、当業者が、多くの異なる環境および多くの異なる用途で本開示を実施および使用することを可能にする。そのため、例示的な実施形態は、保護の範囲を制限する説明とすることを意図するものではなく、そのようにみなされるべきでもない。保護の範囲は、例示的な実施形態によってではなく、添付の請求項によって定義されるものとする。
【０００９】
本開示は、複数の掘削ヘッドを使用する掘削プロセスが、採掘機上で振動をもたらし得るために、採掘機の性能に悪影響を及ぼし得るという認識に部分的に基づいている。
【００１０】
本開示は、掘削ヘッドが複数の掘削動作を同時に実行したときに振動が発生し得るという認識に部分的に基づいている。この場合には、第１の掘削動作に起因する外乱が、第２の掘削動作に起因する外乱に加わるかたちで重ねていくからである。その結果、種々の掘削動作による外乱が互いに重なり合い、結果的に、採掘機の振動などを引き起こし得る。
【００１１】
本開示によれば、採掘機における外乱の重なりは、第１の掘削動作のみを行うための第１の掘削ツールを含む第１の群の掘削ヘッド（第１の掘削ヘッド）と、第１の掘削動作とは異なる第２の掘削動作のみを行うための第２の掘削ツールを含む第２の群の掘削ヘッド（第２の掘削ヘッド）と、を提供することによって防止される。
【００１２】
この開示の意味範囲内において、第１の掘削動作は切削動作である。切削動作には、ピン先などの鋭縁部を有する掘削ツールが必要である。第１の切削動作は第１の掘削ツールによってのみを行われるため、第１の掘削ツールは、第１の切削動作を行うための鋭縁部または先鋭端を有する形状を含む。第１の掘削ツールは、第１の回転軸を中心に回転する第１の掘削ヘッドに搭載されている。第１の掘削ヘッドを回転させると、第１の掘削ツールの鋭縁部が鉱物に突き刺さり、それによって鉱物に微小な亀裂が生成され、最終的には切込みや削落部などになる。
【００１３】
この開示の意味範囲内において、第２の掘削動作は鈍圧動作である。第１の切削動作とは対照的に、鈍圧動作は、穿孔動作ではなく、鉱物の引張強度に反作用する面的な圧縮歪みを鉱物に印加する動作である。鉱物の場合、圧縮歪みに対する抵抗力は、引張歪みに対する抵抗力のほんの一部（５％から２０％）に過ぎないが、鈍圧動作を行うと、すでに亀裂の入った（穿孔された、半割れ状態の）鉱物が面的な圧縮衝撃を受ける。この圧縮衝撃が鉱物の引張強度に反作用して鉱物の強度を下げ、それにより、鉱物を破砕するため、採掘機の掘削性能が向上する。
【００１４】
更に、本開示によれば、第２の群の掘削ヘッドは、第２の回転軸を中心に自由に回転可能である。そのため、第２の掘削ツールは、鉱物と接触して鈍圧動作を行うと、鉱物の上に移動し、それによって研削ドラムの回転を支持する。その結果、第２の掘削ツールは、採掘機も安定させることができるため、採掘機の振動低減に寄与することができる。
【００１５】
本開示は更に、いくつかの実施形態において、第２の掘削ツールが鉱物に圧縮歪みを印加するだけでなく、この圧縮歪みを、鉱物に付加作用する引張歪みに変換すれば、掘削プロセスの成果を更に上げられるという認識に部分的に基づいている。そのため、いくつかの実施態様においては、採掘機が、平滑接触領域を有する円盤状を有する第２の掘削ツールを備える。この平滑接触領域が、第２の掘削動作中に鉱物との面的な接触を生み出し、圧縮歪みを印加する。圧縮歪みを引張歪みに変換するために、平滑接触領域は円錐断面形状を備える。円錐断面形状は、研削ドラムのドラム軸に対して半径方向外方に配置されている半径方向外側面と、側面と、を含む。側面は、ドラム軸に対して半径方向外方に向かって大きくなる直径を有し、鈍縁部を介して半径方向外側面に接続されている。第２の掘削ツールに上記の円錐断面形状を設けることにより、第１の切削動作中に生成された切り込みに鈍縁部が入り込むことができ、切込みと嵌合して残存鉱物を掻き出す（こじり出す）することができる。切込みの内側からの残存鉱物の「掻き出しまたはこじり出し」は、鉱物に作用する引張歪みに対応する。そのため、第２の掘削ツールは、切込みと嵌合すると、圧縮歪みを引張歪みに変換する。その結果、「てこ効果」によって鉱物の強度が更に下がるため、採掘機の掘削性能を高めることができる。
【００１６】
本開示は更に、いくつかの実施形態において、第２の掘削ツールが鉱物に対し、先述の圧縮歪みおよび／または引張歪みに加えて更に衝撃を印加すると、掘削プロセスを更に改良できるという認識に部分的に基づいている。そのため、いくつかの実施態様においては、第２の掘削ヘッドが、ドラム軸に対して半径方向内側に配設されているシャフトキャリア部と、ドラム部分に対して半径方向外側に配設されているツールキャリア部と、を含む。シャフトキャリア部は、第２の回転軸を中心に回転するように駆動される。ツールキャリア部は、第２の掘削ツールを収容し、シャフトキャリア部に回転可能に搭載されている。ツールキャリア部は更に、第２の回転軸から所定値分ずらした第３の回転軸を中心に回転可能である。そのため、ツールキャリア部は、第３の回転軸を中心に自由に回転可能だが、第３の回転軸からずらした第２の回転軸を中心に回転する。その結果、シャフトキャリア部が第２の回転軸を中心に回転すると、ツールキャリア部と、それとともに第２の掘削ツールとが鉱物に突入する。鉱物へのこの「突入」が、鉱物に印加された先述の圧縮歪みおよび／または引張歪みに加わる。こうして鉱物の強度が更に下がるため、掘削プロセスを更に改良することができる。
【００１７】
ここで図面を参照すると、図１は、例示的な採掘機１０を示す。採掘機１０は、部分断面掘進機や移動式採掘機など、鉱物を掘削するのに使用される任意の種類の採掘機であってよい。採掘機１０は、採掘機１０のシャシに接続されたアーム１２を備える。アーム１２は、矢印３８が示すとおり、垂直および水平方向に枢動および移動可能である。アーム１２はドラムホルダ１３に取り付けられている。ドラムホルダ１３は、研削装置１４を受容し、矢印３９が示すとおり、枢動可能である。研削装置１４は、研削ドラム１５と、第１の群の掘削ヘッド（第１の掘削ヘッド）１８と、第２の群の掘削ヘッド（第２の掘削ヘッド）２０と、を備える。第１および第２の掘削ヘッド１８、２０は、研削ドラム１５の周囲に配置されている。第１の掘削ヘッド１８および第２の掘削ヘッド２０は、研削ドラム１５の周囲に交互に配置されている。研削ドラム１５は、例えば１個から１０個の第１の掘削ヘッド１８と、例えば１個から１０個の第２の掘削ヘッド２０と、を備え得る。採掘機１０は、トラックギア１１を更に備える。トラックギア１１は、採掘機１０を誘導し、研削装置１４を鉱物内へと侵入させるように構成されている。
【００１８】
いくつかの実施形態においては、採掘機１０が、互いに平行に配置された１つより多くの研削ドラム１５を備え得る。
【００１９】
図１にさらに詳しく示すとおり、各々の第１の掘削ヘッド１８は、第１の回転軸２１０と、基材２４と、複数の掘削ツール支持リング４０と、複数の掘削ツール支持リング４０に取り付けられた複数の掘削ツールキャリア５０と、複数の第１の掘削ツール６０と、を備える。各々の第１の掘削ツール６０は、複数の掘削ツールキャリア５０のうちの１つによって回転可能に支持されている。掘削ツールキャリア５０は、第１の掘削ツール６０にアクセスしやすいように分割可能であってもよい。
【００２０】
図１に示すとおり、第１の掘削ヘッド１８は、４つの掘削ツール支持リング４１、４２、４３、および４４を例示的に備える。掘削ツール支持リング４１、４２、４３、４４は、第１の回転軸２１０を基準とする基材２４の中心に配設されている。各掘削ツール支持リング４１、４２、４３、４４は、掘削ツール支持リング４１、４２、４３、４４が合わさって円錐形状を形成するような直径を備える。掘削ツール支持リング４１、４２、４３、４４は、溶接されてもよく、基材２４上に一体的に形成されてもよい。そのため、第１の掘削ヘッド１８は、「多列掘削ヘッド」と呼ばれることもある。当然のことながら、第１の掘削ヘッド１８は、１つの掘削ツール支持リングなど、異なる数の掘削ツール支持リングを有し得る。このような場合には、第１の掘削ヘッド１８が、「単列掘削ヘッド」と呼ばれることがある。
【００２１】
基材２４は、第１の回転軸２１０に沿って基材２４を貫通する中心孔３０を更に備える。中心孔３０は、第１の回転軸２１０を中心に第１の掘削ヘッド１８を回転させるために駆動ツールシャフト（図２に図示）に接続された駆動ブッシング３２（図２を参照）を受容するように構成されている。第１の掘削ヘッド１８の駆動機構については、図２に言及するときに詳述する。
【００２２】
図１に更に示すとおり、各々の第１の掘削ツール６０は、先鋭端６２を更に備える。端６２は、第１の回転軸２１０を中心に第１の掘削ヘッド１８を回転させる際に亀裂を生成する目的で鉱物に貫入するように構成されている。そのため、第１の掘削ツール６０は、鉱物に対する切削動作を行う。
【００２３】
次に図２を参照すると、研削装置１４の断面部分図が示されている。研削装置１４は、第１の掘削ヘッド１８と、図１ですでに説明した第２の掘削ヘッド２０と、を備える。先述のとおり、第１の掘削ヘッド１８および第２の掘削ヘッド２０は、研削ドラム１５の周囲に交互に配設されている。そのため、図２に示す断面部分図においては、例示的な第１の掘削ヘッド１８が図２の最上部に示され、例示的な第２の掘削ヘッド２０が図２の底部に示されている。第１の掘削ヘッド１８は、先に図１のところで説明したとおり、多列掘削ヘッドとして概略的に示されている。第１の掘削ヘッド１８は、矢印３８によって概略的に示される複数列の第１の掘削ツール６０を備える。第１の掘削ヘッド１８は、単列掘削ヘッドであってもよい。
【００２４】
図２で確認できるとおり、研削装置１４は、研削ドラム１５を備える。研削ドラム１５は、第１のドラムリング１５Ａと第２のドラムリング１５Ｂとによって形成される。研削ドラム１５は、研削ドラム１５の中心に配設されたドラム軸２００を備える。研削ドラム１５は、ドラム軸２００を中心に回転可能である。研削装置１４は、研削ドラム１５の周囲に配置された複数の第１のツールシャフト３４と、研削ドラム１５の周囲に配置された複数の第２のツールシャフト３６と、を更に備える。第１および第２のツールシャフト３４、３６は、第１のドラムリング１５Ａと第２のドラムリング１５Ｂとの間に配置されている。各々の第１のツールシャフト３４は第１の回転軸２１０を備え、各々の第２のツールシャフト３６は第２の回転軸２１２を備える。第１の回転軸２１０および第２の回転軸２１２は、ドラム軸２００に対して略半径方向に延びている。
【００２５】
本開示の意味範囲内で、「ドラム軸２００に対して略半径方向に」とは、第１の回転軸２１０および第２の回転軸２１２がドラム軸２００の半径方向２２０に対してある角度αで延びていることを意味する。角度αは、約０度から約±２０度の範囲であってよく、約±１度から約±２０度の範囲であるのが好ましく、±１度から約±１５度の範囲であるのが更に好ましい。
【００２６】
第１のツールシャフト３４は、第１のベアリングブッシュ２３０によって第１の掘削ヘッド１８に接続されている。第２のツールシャフト３６は、第２のベアリングブッシュ２３２によって第２の掘削ヘッド２０に接続されている。第１および第２のベアリングブッシュ２３０、２３２は、複数の締結ネジ２３４によって、第１および第２のドラムリング１５Ａ、１５Ｂの周端面にねじ込まれている。各々の第１および第２のベアリングブッシュ２３０、２３２は、カートリッジのような方式で交換可能であり、締結ネジ２３４を介してドラムチャンバ２３６に挿入される。研削装置１４は、ドラム軸２００に対して垂直に延びる第１および第２のツールシャフト３４、３６を有する構成に変更することもできる。この構成では、異なる第１および第２のツールシャフト３４、３６がドラム軸２００に対して垂直に配置されている第１および第２のベアリングブッシュ２３０、２３２が使用されている。
【００２７】
各々の第１のベアリングブッシュ２３０には、対応する第１のツールシャフト３４が回転可能に支持されている。各々の第２のベアリングブッシュ２３２には、対応する第２のツールシャフト３６が回転可能に支持されている。回転可能な支持は、第１および第２のベアリングブッシュ２３０、２３２、ベアリングリング２４０、およびシャフトシールリング２４２内に配置されたテーパローラベアリング２３８によって達成される。
【００２８】
以下、研削装置１４の駆動機構について説明する。
【００２９】
研削装置１４では、２つの強制回転が発生する。第１の回転は、ドラム軸２００を中心とする研削ドラム１５の回転である。第２の回転は、第１の回転軸２１０を中心とする第１のツールシャフト３４の回転である。
【００３０】
ドラム軸２００を中心とする研削ドラム１５の回転は、第１のベルトプーリ２４４を介して行われる。第１のベルトプーリ２４４は、研削装置１４の右側に配置されている。第１の回転軸２１０を中心とする第１のツールシャフト３４の回転は、第２のベルトプーリ（非図示）によって行われる。第２のベルトプーリは、第１のベルトプーリ２４４に対して研削ドラム１５の幅方向に反対側、研削装置１４の左側に配置されている。
【００３１】
第１のベルトプーリ２４４は、第１のハブギア２４６の入力側に接続されており、これによって第１のハブギア２４６を駆動する。第２のベルトプーリは、第２のハブギア２４８の入力側に接続されており、これによって第２のハブギア２４８を駆動する。第１のハブギア２４６が第１の締結フランジ２５０に搭載されているのに対し、第２のハブギア２４８は第２の締結フランジ（非図示）に搭載されている。両締結フランジは、図１に示すドラムホルダ１３に研削ドラム１５を接続するのに使用される。
【００３２】
第１および第２のハブギア２４６、２４８は、採掘機１０の電気モータなど、エンジンによって駆動される。第１のハブギア２４６は、研削ドラム１５が第１のドラムリング１５Ａを介して接続されている出力側２５０を備える。第２のハブギア２４８は、歯付きクラウンギア２５２の接続先である出力側を備える。歯付きクラウンギア２５２は、ベアリングリング２５４およびシャフトシール２５６を介して第２のドラムリング１５Ｂ上で回転可能に支持されている。
【００３３】
歯付きクラウンギア２５２は、ベベルギア２５８と噛み合う。ベベルギア２５８は、第１のツールシャフト３４に接続されている。歯付きクラウンギア２５２は、それ自体が第２のハブギア２４８によって駆動され、ベベルギア２５８と噛み合うため、ベベルギア２５８を駆動する。更に、歯付きクラウンギア２５２は、研削ドラム１５の回転速度とは異なる回転速度でベベルギア２５８を駆動することができる。そのため、第１および第２のハブギア２４６、２４８を用いて、研削ドラム１５と第１のツールシャフト３４との間での所望の回転速度比を設定することができる。
【００３４】
第１の掘削ツール６０が第１の掘削ヘッド１８に搭載されているため、研削装置１４が作動すると、ドラム軸２００を中心に研削ドラム１５が回転し、第１の回転軸２１０を中心に第１の掘削ヘッド１８が回転する。その結果、第１の掘削ツール６０は、２つの異なる回転軸を中心に２つの回転運動を受ける。そのため、第１の掘削ツール６０は、研削装置１４の作動中に、略環状の経路を描く。研削装置１４の動作中、掘削ツール６０は、鉱物２６０に嵌合し、それによって鉱物２６０に亀裂２６１を与え、最終的には、第１の掘削ヘッド１８のタイプに応じて削落部２６２または切込みを作る。削落部または切込みは、例えば矢印２６４が示すとおり、採掘機１０の進行方向に形成される。
【００３５】
次に第２の掘削ヘッド２０を参照する。
【００３６】
前述のとおり、第２の掘削ヘッド２０は、第２のツールシャフト３６に接続されている。図２から、第２のツールシャフト３６が歯付きクラウンギア２５２に接触ないことがわかる。そのため、研削装置１４の作動中は、第２のツールシャフト３６が歯付きクラウンホイール２５２によって駆動されない。第２のツールシャフト３６は第２の掘削ヘッド２０に接続されているため、第２の掘削ヘッド２０も駆動されない。その代わり、第２の掘削ヘッド２０は、第２の回転軸２１２を中心に自由に回転可能である。
【００３７】
第２の掘削ヘッド２０は、シャフトキャリア部２６５とツールキャリア部２６６とを備える。シャフトキャリア部２６５は第２のツールシャフト３６に接続されており、ツールキャリア部２６６はシャフトキャリア部２６５に接続されている。ツールキャリア部２６６は、第２の掘削ツール２６７を収容する。
【００３８】
第２の掘削ツール２６７は、ドラム軸２００からの最大半径距離２８０を有する。この距離は、第１の掘削ツール６０とドラム軸２００との間の最大半径距離２８２に略等しい。更に、第２の掘削ツール２６７は、第２の回転軸２１２からの最大半径距離２８４を有する。この距離は、第１の掘削ツール６０と第１の回転軸２１０との間の最大半径距離２８６に略等しい。
【００３９】
第２の掘削ツール２６７は、第２の回転軸２１２に関して対称な略円盤状の形状を更に備える。この円盤状の形状は、平滑接触領域２６８を備える。平滑接触領域２６８は、研削装置１４の作動中に鉱物２６０と接触する。平滑接触領域２６８は、第２の回転軸２１２を含む平面内に円錐断面形状を備える。円錐断面形状は、ドラム軸２００を基準とする半径方向外側面２７０と、側面２７２と、を備える。側面２７２は、シャフトキャリア部２６５と半径方向外側面２７０との間でドラム軸２００に対して半径方向に延びている。側面２７２は、シャフトキャリア部２６５から半径方向外側面２７０へと半径方向に増大する直径を有する。平滑接触領域２６８は、鈍縁部２７４を更に備える。鈍縁部２７４は、側面２７２と半径方向外側面２７０とを接続する。鈍縁部２７４は、例えば約２ｍｍから１０ｍｍまでの範囲内の所定の半径を含む。
【００４０】
半径方向外側面２７０は、平面部２７６とベベル部２７８とを更に備える。平面部２７６は、第２の回転軸２１２に対して半径方向内側に配設されている。ベベル部２７８は、第２の回転軸２１２に対して半径方向外側に配設されている。ベベル部２７８および平面部２７６は、角度βを制限する。角度βは、半径方向２２０と第２の回転軸２１２との間の角度αに略等しい。
【００４１】
第２の掘削ツール２６７の最大半径距離２８０、２８４が第１の掘削ツール６０の最大半径距離２８６、２８２に略等しいことから、研削装置１４が作動すると、第２の掘削ツール２６７は、第１の掘削ツール６０によって生成された削落部２６２において鉱物２６０と接触する。研削ドラム１５の回転中、自由に回転可能な第２の掘削ツール２６７は、鉱物２６０を自身の半径方向外側面２７０と接触させて鉱物２６０の上に移動する。このように鉱物２６０の上に「移動する」ことにより、鉱物２６０上で圧縮歪みが生じる。この圧縮歪みは、第１の掘削ツール６０によって先に生成された亀裂２６１に対する付加的な衝撃である。そのため、この圧縮歪みは、鉱物２６０の強度を更に下げ、掘削プロセスを支援する。
【００４２】
加えて、半径方向２２０と第２の回転軸２１２との間の角度αが平面部２７６とベベル部２７８との間の角度βに略等しいことから、ベベル部２７８は、表面積の略全体にわたって鉱物２６０と接触する。そのため、研削ドラム１５の回転中は、ベベル部２７８が、研削装置１４を横方向に支持する。この横方向支持は、鉱物２６０内で第１の掘削ツール６０の貫通深さを制限する機能も果たす。そのため、第２の掘削ツール２６７は、第１の掘削ツール６０の深さ止めとしても機能する。例えば、鉱物２６０における第１の掘削ツール６０の最大侵入深さは、硬質岩石鉱物の場合で約１ｍｍから約５ｍｍ、軟質岩石鉱物の場合で約５ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲である。
【００４３】
次に図３を参照すると、別の例示的な研削装置の断面部分図が示されている。図２に示した例と比較して、図３の研削装置１４が備える第２の掘削ヘッド２０は図２に示すものと同じだが、第１の掘削ヘッド１８’は異なる。図３の例において、掘削ヘッド１８’は、溝切り型掘削ヘッドである。図２のすでに説明した多列掘削ヘッドと比較して、溝切り型掘削ヘッド１８’は、単一溝切り型リング３００を備える。
【００４４】
溝切り型リング３００の上面図が、図３に「Ｘ」によって示されている。図示のとおり、溝切り型リング３００は、複数の第１の掘削ツール６０’を備える。第１の掘削ツール６０’は、溝切り型リング３００の外周に鋸刃状に配置されている。第１の掘削ツール６０’は、鋭上縁部と鋭下縁部とを有する円筒形状を有し、カーバイド、ダイヤモンド、または他の硬質材料から作られる。第１の掘削ツール６０’は、例えば約８ｍｍから約２０ｍｍまでの範囲の直径を備える。
【００４５】
溝切り型リング３００は、矢印が示すとおり、時計回りに回転する。溝切り型リング３００の回転中は、第１の掘削ツール６０’が鋭縁部を鉱物２６０と嵌合させ、採掘機１０の進行方向２６４に沿って鉱物２６０に切込み３０２を入れる。切込み３０２は、ドラム軸２００を基準とする、例えば、約５ｍｍから２０ｍｍまでの範囲内の軸方向距離３０４と、ドラム軸２００を基準とする、例えば、約８ｍｍから２０ｍｍまでの範囲内の軸方向距離３０６と、を有し得る（ドラム軸２００に対する第１の回転軸２１０のわずかな傾斜は考慮せず）。
【００４６】
第２の回転軸２１２を中心に自由に回転可能な第２の掘削ヘッド２０は、第２の掘削ツール２６７を備える。前述のとおり、第２の掘削ツール２６７の最大半径距離２８０、２８４は、第１の掘削ツール６０’の最大半径距離２８６、２８２に略等しい。そのため、研削装置１４が作動すると、掘削ツール２６７が切込み３０２と嵌合する。半径方向外側面２７０のベベル部２７８は、ドラム軸２００を基準とする切込み３０２の半径方向外側で鉱物２６０と接触する。加えて、側面２７２は、ドラム軸２００を基準とする切込み３０２の半径方向内側で鉱物２６０と接触する。その結果、第２の掘削ツール２６７は、図２と関連付けて説明した圧縮歪みを、切込み３０２内から鉱物２６０に作用する引張歪みに変換する。その結果、切込み縁部３０８付近の鉱物２６０が掻き出される。
【００４７】
溝切り型掘削ヘッド１８’を第２の掘削ヘッド２０とを組み合わせることにより、第１の切削動作の間に生成された既定の切込み３０２が、残存鉱物３１０をこじり出すのに使用される。更に、明確に画定された切込み３０２を生成することにより、採掘機１０の必要切削力全体が減小する。
【００４８】
次に図４を参照すると、別の例示的な研削装置の断面部分図が示されている。図３に示した例と比較して、図４の研削装置１４が備える第１の掘削ヘッド１８’は図３に示すものと同じが、第２の掘削ヘッド２０’は異なる。
【００４９】
図４に示すとおり、第２のツールシャフト３６は、歯付きクラウンギア２５２と噛み合うベベルギア４００を備える。その結果、第２のツールシャフト３６は、歯付きクラウンギア２５２によって回転可能に駆動され、第２の回転軸２１２を中心に回転する。各々の第２の掘削ヘッド２０’は、シャフトキャリア部２６５を備える。シャフトキャリア部２６５は、第２のツールシャフト３６に固定的に接続されている。そのため、シャフトキャリア部２６５も回転可能に駆動され、第２の回転軸２１２を中心に回転する。各々の第２の掘削ヘッド２０’は、ツールキャリア部２６６を更に備える。ツールキャリア部２６６は、ベアリング４０２を用いてシャフトキャリア部２６５に回転可能に搭載されている。更に、ツールキャリア部２６６は、第３の回転軸４０４を中心に自由に回転可能である。第３の回転軸４０４は、所定値４０６の分だけ第２の回転軸２１２の方にずれている。所定値４０６は、例えば、約１ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲内であり得る。
【００５０】
第３の回転軸４０４を備える第２の掘削ヘッド２０’が第２の回転軸２１２の方にずれているため、ツールキャリア部２６６は、第３の回転軸４０４を中心として自由に回転できるが、第２の回転軸２１２を中心に回転するように駆動される。その結果、シャフトキャリア部２６５が第２の回転軸２１２を中心に回転すると、ツールキャリア部２６６と、それとともに第２の掘削ツール２６７とが、矢印４０８が示すとおり、鉱物２６０に「突入」する。鉱物２６０へのこの「突入」が、鉱物２６０に印加される先述の圧縮歪みおよび／または引張歪みに加わる。こうして鉱物２６０の強度が更に下がるため、研削装置１４の掘削プロセスを更に改良することができる。
【００５１】
次に図５を参照すると、別の例示的な研削装置の断面部分図が示されている。図５の例示的な研削装置において、第１の掘削ヘッド１８’および第２の掘削ヘッド２０’’は同じ回転軸上に配置されている。換言すれば、第１の回転軸２１０および第２の回転軸２１２は、回転軸５００に一致する。更に、第１の掘削ヘッド１８’はドラム軸２００に対して半径方向外側に配置され、第２の掘削ヘッド２０’’はドラム軸２００に対して半径方向内側に配置されている。図５で確認できるとおり、各々の第１の掘削ヘッド１８’および各々の第２の掘削ヘッド２０’’は、単一のツールシャフト５０２に一緒に搭載されている。換言すれば、第１のツールシャフト３４および第２のツールシャフト３６は、ツールシャフト５０２に結合されている。ツールシャフト５０２は、ベベルギア２５８を介して歯付きクラウンギア２５２に駆動可能に接続されている。
【００５２】
図５で更に確認できるとおり、第１の掘削ヘッド１８’は、図３および図４と関連付けてすでに説明した溝切り型掘削ヘッドである。第２の掘削ヘッド２０’’は、図４と関連付けて説明したシャフトキャリア部２６５とツールキャリア部２６６とを備える。シャフトキャリア部２６５は、ツールシャフト５０２に接続され、切込みリング３００に接続している。ツールキャリア部２６６は、シャフトキャリア部２６５に回転可能に搭載されており、ベアリングけ４０２を用いて回転軸５００を中心に自由に回転可能である。第１の掘削ツール６０’が回転軸５００を中心に回転するように駆動されるため、第１の掘削ヘッド１８’は、鉱物２６０に切込み５０４を入れる。第２の掘削ツール２６７が回転軸５００を中心として自由に回転可能であり、第１の掘削ツール６０’の下から切込み５０４と嵌合するため、第２の掘削ヘッド２０は、随伴的に切込み５０４を広げる。この掘削動作の組み合わせにより、研削装置１４の掘削性能を更に高めることができる。
【００５３】
次に図６を参照すると、別の例示的な研削装置の断面部分図が示されている。図６の例示的な研削装置１４においては、掘削ヘッド１８’’が、複数の溝切り型リング６００、６０２、６０４を備える。複数の溝切り型リング６００、６０２、６０４は、第１の回転軸２１０の軸方向に配置されている。各々の溝切り型６００、６０２、６０４リングは、直径を備える。異なる溝切り型リング間で、それぞれの溝切り型リングの直径は、ドラム軸２００からの半径方向の距離が増大するにつれて減小する。そのため、溝切り型リング６００、６０２、６０４は、円錐形状を有する第１の掘削ヘッド１８’’を形成する。
【００５４】
図６で更に確認できるとおり、掘削ヘッド２０’’’は、複数の円盤状リング６０６、６０８、６１０を備える。複数の円盤状リング６０６、６０８、６１０は、第２の回転軸２１２に対して軸方向に配置されている。各円盤状リング６０６、６０８、６１０は、直径を備える。異なる円盤状リング間で、それぞれの円盤状リングの直径は、ドラム軸２００からの半径方向の距離が増大するにつれて減小する。そのため、円盤状リング６０６、６０８、６１０は、円錐形を有する第２の掘削ヘッド２０’’’を形成する。更に、円盤状リング６０６、６０８、６１０の直径は、それぞれの溝切り型リング６００、６０２、６０４の直径に略等しい。つまり、最小の円盤状リング６０６の直径は最小の溝切り型リング６００の直径に略等しいという具合である。
【００５５】
そのため、各溝切り型リング６００、６０２、６０４は、鉱物２６０に切込み６１２、６１４、６１６を入れ、各円盤リング６０６、６０８、６１０はそれぞれの切込み６１２、６１４、６１６に嵌合し、これによって鉱物２６０に対する段階的なてこ効果を生み出す。
【００５６】
多列溝切り型掘削ヘッド１８’’を使用することにより、図２に示す多列掘削ヘッド１８と比較して、削落部の深さ、すなわち第１の回転軸２１０に対する半径方向の距離６１８を増やすことができる。更に、明確に画定された複数の切込み６１２、６１４、６１６を生成することにより、採掘機１０の必要切削力全体が減少する。
【００５７】
パラメータや角度など、測定可能な値に言及する際に本明細書で使用される「約」および「略」などの用語は、開示された発明を実行するのに適切である限りにおいて、指定された値の±１０％以下、好ましく±５％以下、更に好ましくは±１％以下の変動を伴うことを意図するものである。前述のとおり、本明細書で使用される「ドラム軸に対して略半径方向に」という用語は、ドラム軸の半径方向に対して、約０度から約±２０度まで、好ましくは約±１度から約±２０度まで、更に好ましくは約±１度から約±１５度までの範囲内の角度で延びる第１および第２の回転軸を言及する。
【００５８】
「約」という修飾語が言及する値は、その値自体も明確かつ好適に開示されているものと理解されるべきである。終端値による数値範囲の明記は、それぞれの範囲内に包含されるすべての数値および分数、ならびに明記された終端値を含む。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
研削装置１４に適した例示的な採掘機は、例えば、キャタピラー・グローバル・マイニング・ヨーロッパ有限会社によって製造された部分断面掘進機または移動式採掘機である。ただし、当業者であれば、研削装置１４が他の採掘機にも適していることを理解するであろう。
【００６０】
以下では、鉱物、特に硬岩鉱物を掘削するための手順を、図１から図６に示す実施形態と関連付けて説明する。
【００６１】
まず、研削ドラム１５が、第１のハブギア２４６によってドラム軸２００を中心に回される。研削ドラム１５は、鉱物２６０に向かう方向に回され、その結果、第１の掘削ツール６０が鉱物２６０と嵌合する。それに伴い、第２のハブギア２４８が作動し、ベベルギア２５８と噛み合う歯付きクラウンギア２５２を駆動する。これにより、第１のツールシャフト３４と、それとともに第１の掘削ヘッド１８とを、第１の回転軸２１０を中心に回転させる。
【００６２】
次に、第１の掘削ヘッド１８が回転すると、第１の掘削ヘッド６０、６０’が鉱物２６０と嵌合して、鉱物２６０に対する第１の切削動作を行い、これにより、使用される第１の掘削ヘッド１８、１８’’の種類に応じて、削落部２６２、切込み３０２、または複数の切込み６１２、６１４、６１６を形成する。
【００６３】
次に、研削ドラム１５の同時回転中に、第２の掘削ヘッド２０に搭載された第２の掘削ツール２６７が鉱物２６０と嵌合する。第２の掘削ツール２６７の最大半径距離２８４、２８０が、第１の掘削ツール６０、６０’の最大半径距離２８６、２８２に略等しいことから、第２の掘削ツール２６７は、第１の掘削ツール６０、６０’と略同じ鉱物２６０の面積で嵌合する。そのため、第２の掘削ツール２６７は、第１の掘削ツール６０、６０’が第１の掘削動作を行った鉱物２６０の面積と略同じ面積で第２の掘削動作を行う。
【００６４】
第２の掘削ツール２６７は、研削ドラム１５の回転中に鉱物２６０と接触する平滑接触領域２６８を備える。第２の掘削ツール２６７は、第１の掘削ツール６０、６０’のような鋭縁部を備えていないため、第１の切削動作とは異なる第２の掘削動作を行う。更に、平滑接触領域２６８が、半径方向２２０と第２の回転軸２１２との間の角度βに略等しい平面部２７６に対して角度αで延びるベベル部２７８を備えるため、ベベル部２７８は、自身の表面積の略全体にわたって鉱物２６０と接触する。こうしてベベル部２７８が鉱物２６０に面的な圧縮力を印加するため、鉱物２６０上に面的な圧縮歪みが生じる。そのため、第２の掘削動作は、鉱物２６０の引張強度に反作用することによって鉱物２６０の強度を更に下げる鈍圧動作である。ベベル部２７８は、鈍圧動作に加え、研削装置１４に対する横方向支持ももたらす。この横方向支持は、採掘機１０の振動を低減すると共に、すでに説明したとおり、鉱物２６０における第１の掘削ツール６０、６０’の貫通深さを制限する働きもする。
【００６５】
溝切り型掘削ヘッド１８’が使用される場合（図３を参照）、第２の掘削動作は、鈍圧動作に限定されず、鉱物２６０への影響を増大させる。例えば、平滑接触領域２６８は、半径方向外側面２７０および側面２７２が、第１の切削動作中に生成された切込み３０２と嵌合するような形状になっている。研削ドラム１５が鉱物２６０に向かって回転している間、嵌合した第２の掘削ツール２６７は、切込み３０２内からのレバーのように作用し、これにより、圧縮歪みを、切込み３０２内から鉱物２６０に作用する引張歪みに変換する。
【００６６】
第１の掘削ヘッド１８’および第２の掘削ヘッド２０’’が同じツールシャフト５０２に搭載されている場合には、第１および第２の掘削動作が鉱物２６０に随伴的に加えられる。
【００６７】
第１の掘削ヘッド１８’および第２の掘削ヘッド２０’が使用される場合（図４を参照）には、第２の掘削ツール２６７が、第２の回転軸２１２を中心に回転するように回転駆動される。その結果、第２の掘削動作は、鉱物２６０に対する「突入」効果を更に含む。
【００６８】
一般に、第１の掘削ヘッド１８、１８’は、鉱物２６０に対する衝撃が増大する限り、第２の掘削ヘッド２０、２０’、２０’’と任意の適切な方法で組み合わせて、掘削プロセスを改善することができる。
【００６９】
各々の第２の掘削ヘッド２０、２０’、２０’’は、単一の第２の掘削ツール２６７のみを備えるように図示されているが、第２の掘削ヘッド２０、２０’、２０’’は、多列掘削ヘッド１８の場合など、複数の第２の掘削ツール２６７を備え得る。そのため、いくつかの実施態様において、第２の掘削ヘッド２０、２０’、２０’は、第１の掘削ヘッド１８に対応し得るが、鋭縁部を有する第１の掘削ツール６０の代わりに円盤状の第２の掘削ツール２６７を備え得る。
【００７０】
本明細書では、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、以下の請求項の範囲から逸脱しない限り、改善例および改変例を組み込むことができる。
【図１】
2019502845.tif 000003
【図２】
2019502845.tif 000004
【図３】
2019502845.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2019502845.tif 000009
2019502845.tif 000010
2019502845.tif 000011
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